不同金属材料酸碱介质腐蚀研究解读

1、吉林化工学院材料科学与工程学院毕业论文不同金属材料酸碱介质腐蚀研究Different metal materials under the acid and alkali mediumcorrosion research学生学号：10150111学生姓名：宋扬专业班级：材料化学 1001指导教师：张福胜职 称：教授起止日期：2014.2.24 2014.6.18吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工学院毕业论文摘要材料腐蚀问题遍及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、 化工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是用到材料的地方，都

2、不同程度的 存在着腐蚀问题。 材料腐蚀给社会带来巨大的经济损失， 造成了灾难性事故， 耗 竭了宝贵的资源与能源， 污染了环境， 阻碍了高科技的正常发展。 而金属材料是 人类历史上应用最为广泛、 作用最为明显的材料之一， 对推动社会进步与文明发 展做出了巨大的贡献。 进入工业化社会的今天， 金属材料在酸碱介质中的腐蚀与 防护则是工业生产是否安全， 国民经济是否能稳健发展的一个关键问题。 本文即 在于研究不同金属材料在酸碱介质下的耐腐蚀率，以达到减少金属浪费的目的。关键词：腐蚀机理；金属防护；酸碱介质吉林化工学院毕业论文AbstractThe corrosion of materials in v

3、arious fields of the national economy. From daily life to transportation, machinery, chemical industry, metallurgy, from the advanced science and technology to the defense industry, usually used in place of the material, there are different degrees of corrosion problems. Corrosion cause huge economi

4、c losses to the society, resulting in disastrous accidents, depletion of resources and energy and precious, pollution of the environment, hinder the normal development of high-tech. And metal materials is the history of mankind is the most widely used, one of the most obvious effect of the material,

5、 made a great contribution to promoting social progress and civilization development. Entered the industrialization society today, corrosion and protection of metal materials in alkaline medium is industrial production is safe, the national economy is a key problem of steady development. This paper

6、is to study the different metals in acid medium corrosion rate, in order to reduce metal wastes.Key word: Corrosion mechanism ；Metal protection ；Acidic and alkaline mediaII吉林化工学院毕业论文目录摘 要 I TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document Abstract II HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第

7、1 章 绪论 1. .材料腐蚀的基本概念 1. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 腐蚀的危害与腐蚀控制的重要性 2.腐蚀的危害 3. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 金属腐蚀的过程 4. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 金属腐蚀的分类 6.金属的化学腐蚀 7.金属的电化学腐蚀 7.金属的微生物腐蚀 8.金属的物理腐蚀 8. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 金属腐蚀的外观形貌 8.全面腐蚀 9

8、.局部腐蚀 9.金属腐蚀速度的表示方法 1.0金属腐蚀速度的重量指标 1. 0金属腐蚀速度的深度指标 1. 0金属腐蚀的电流指标 1.2金属在酸碱介质下的腐蚀 1.3碱性 1.3.酸性 1.5. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 金属腐蚀的防护措施 1.9隔离法 1.9.涂层法 1.9.钝化法 2.0.电镀法 2.1.缓蚀剂法 2.1电化学保护法 2.2展望 2.2. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第 2 章 实验部分 2.4. HYPERLINK l bookmark22 o Curren

9、t Document 实验中酸和样品的性质及试样仪器介绍 2. 4硫酸的基本性质 2.4醋酸的基本性质 2.4盐酸的基本性质 2.5实验仪器 2.5样品性质 2.6测试手段 2.7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 实验步骤 2.7.试样的制备 2.7试验 2.7. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第 3 章 结果与讨论 3.5.III吉林化工学院毕业论文 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 腐蚀程度的比较 3.6通过

10、腐蚀试验总结几种防护方法 3. 9腐蚀控制方法的选择原则 4. 1结论 4.2.参 考 文 献 4.3.致谢 4.4.IV吉林化工学院毕业论文第 1 章 绪论材料腐蚀的基本概念 金属材料在现代工农业生产中占有极其重要的地位。 不仅在机械制造、 交通运输、国防与科学技术等各个部门都需要大量的金属材料，而且在人 们日常生活的用品中也离不开金属材料。金属材料不仅具有优良的使用性 能（包括材料的物理、化学和力学性能） ，而且还具有良好的工艺性能（包 括铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能、切削加工性能） 。 由此可见，金属材料是现代最重要的工程材料。但是金属材料制品，随着 使用时间的推移，都存

11、在一个使用寿命，将受到不同程度的直接或间接的 损坏。通常将金属损坏的形式归纳为腐蚀、断裂和磨损。腐蚀（ corrosion ）的定义有：因材料与环境反应而引起的材料的 破坏和变质 ; 除了单纯机械破坏以外的材料的一切破坏; 冶金的逆过程。定义是将腐蚀的定义扩大到整个材料领域。20 世纪 50 年代以来，随着非金属材料的迅速发展和使用，其破坏现象日益增多和严重。因此， 将金属腐蚀与非金属腐蚀统一在一个定义之内。该定义可用于塑料、混凝 土、橡胶、木材和油漆等的老化和损坏。定义旨在区别于单纯机械破坏，如机械断裂与应力腐蚀破裂、磨损 和磨蚀。定义是指在自然界金属通常以矿石形式存在 , 如多数铁矿石含有

12、铁 的氧化物。冶金过程则是将矿石中氧化物还原为金属并将金属精炼或合金 化成为金属材料。当钢铁腐蚀时，生成铁锈，其主要成分是水合氧化铁。 可见, 钢铁的腐蚀过程就是将金属氧化为矿石或化合物，是冶炼的逆过程， 即回到它的自然存在状态。随着非金属材料在工业中大量的应用，非金属 材料的腐蚀失效现象也日益严重，譬如油漆、塑料、橡胶和合成材料的老 化和早期损伤等。实际上，金属和非金属腐蚀环境和条件以及腐蚀原理上 具有很大的差异。通常把金属腐蚀（ corrosion）定义为 : 金属与周围环境介质之间发生化学和 电化学作用而引起的变质和破坏。 碳钢在大气中生锈， 钢质船壳在海水中的锈蚀 , 地下输油钢质管线

13、在土壤中的穿孔， 热力发电站中锅炉的损坏以及轧锅过程中氧 化铁皮的生成， 金属机械和装置与强腐蚀性介质 （酸、碱和盐）接触而导致损坏等 等都是最常见的腐蚀现象。 显而易见， 金属要发生腐蚀需要外部环境， 在金属表 面或界面上发生化学或电化学多相反应 ,使金属转化为氧化 （离子） 状态。因此,吉林化工学院毕业论文金属在环境中构成的腐蚀体系中发生的化学和电化学反应就是金属腐蚀学的主 要研究内容。近年来，由于腐蚀的研究范围不断扩大，有人将腐蚀的定义扩展为： “材料 的腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用的破坏的现象” 。该定义不 仅涵盖了金属材料的化学和电化学原因造成的服饰破坏， 而且包含了

14、含液态金属 等导致的金属材料的物理破坏(传统上称为金属材料的液态金属腐蚀) 。同时， 该定义还包括了非金属材料的腐蚀， 如耐火砖或陶瓷、 玻璃材料受熔化金属、 熔 融盐等介质的腐蚀， 石英或硅酸盐材料的由水分子引起的破坏或变质， 高分子材 料的辐照分解，等等。然而依据上述定义，材料的融化、蒸发、断裂、磨损等物 理因素导致的破坏和变质也应属于腐蚀， 这显然是不合适的。 虽然腐蚀可以导致 断裂，但是当纯机械应力超过材料的塑性极限时也可以发生断裂； 同样， 尽管腐 蚀可以可以导致断裂， 但惰性环境中接触材料表面的相对运动也可以造成纯机械 损坏。因此， 目前普遍为人接受的材料腐蚀定义是 “材料腐蚀是材

15、料受环境介质 的化学作用或电化学作用而变质和破坏的现象” 。由于液态金属导致的材料破坏， 与化学或电化学早成的金属材料的腐蚀有很多相近的特点， 因此，金属的这类破 坏现象通常也纳入腐蚀学科的研究范畴。断裂( fracture )是指金属材料与构件受力超过其弹性、 塑性极限而发生的 损坏。譬如， 机械断裂、脆性断裂、延性断裂等，它使构件丧失原有的机械功 能而失效。磨损 (wear) 是指金属材料与其他物体相互作用， 因机械摩擦而引起的磨耗。 例如, 发动机活塞的磨损，车轮与轨道之间的磨掼。本课题所研究的腐蚀类型为电化学腐蚀( electrochemical corrosion ) 材料腐蚀问题遍

16、及国民经济的各个领域。 从日常生活到交通运输、 机械、化 工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用到材料的地方，都不同程度地 存在着腐蚀问题。 腐蚀给社会带来巨大的经济损失， 造成了灾难性事故， 耗竭了 宝贵的资源与能源， 污染了环境， 阻碍了高科技的正常发展。 而金属材料是人类 历史上应用最为广泛， 作用最为明显的材料之一， 对推动社会进步与文明发展做 出了巨大的贡献。 进入工业化社会的今天， 金属材料在酸碱介质中的腐蚀与防护 则是工业生产是否安全、 国民经济是否能稳健发展的不可回避的关键性问题。 本 论文即在于研究不同金属材料在酸碱介质下的腐蚀与防护， 探讨如何减少金属腐 蚀所产生的浪

17、费。腐蚀的危害与腐蚀控制的重要性吉林化工学院毕业论文腐蚀的危害腐蚀问题遍及国民经济和国防建设的各个部门， 造成的危害触目惊心腐蚀的 危害具体表现在以下几个方面。直接经济损失以金属材料为例， 据一些工业发达国家统计， 每年由于腐蚀而造成的经济损 失约占国民经济生产总值的 2%4%。美国 1975年因腐蚀造成的经济损失约为 700 亿美元，约占国民生产总值的 4.2%，而 1982 年高达 1 260 亿美元；英国 1969 年腐蚀损失为 13.65 亿英镑，占国民生产总值的 3.5%；日本 1976 年腐蚀损失为 92亿美元，占国民生产总值的 1.8%；前苏联 1967年腐蚀损失为 67 亿美元

18、，占 国民生产总值的 2%；前联邦德国 1974 年腐蚀损失为 60 亿美元，约占国民生产 总值的 3%。据我国 1995年统计，腐蚀损失高达 1 500亿元人民币，约占国民生 产总值的 4%。目前，全世界每年因腐蚀造成的经济损失已高达 7 000 亿美元。表 1.1 世界上一些国家的金属材料腐蚀导致经济损失的统计数据国家时间年腐蚀经济损失占国民经济总产值 /%美国1949年55 亿美元4.91975年820亿美元4.211995年3000亿美元1998年2757亿美元英国1957年5 亿英镑1969年13.65亿英镑3.5日本1975年25509.3亿日元1997年39376.9亿日元苏联2

19、0世纪 70年代中期130140亿卢布1985年400 亿卢布联邦德国1968 1969年190亿马克3.01982年150亿马克瑞典1986年350亿瑞典法郎印度1960 1961年15 亿卢布1984 1985年400 亿卢布澳大利亚1973年4.7 亿澳元1982年20 亿美元捷克1986年150亿捷克法郎1.2.1.2 腐蚀事故危及人生安全腐蚀引起的灾难性事故屡见不鲜， 损失极为严重。 金属腐蚀对化工生产的影吉林化工学院毕业论文响是多方面的。 例如因考虑到腐蚀需增加设备设计的裕度； 腐蚀可引起输送管道 穿孔而使原料和产品流失。 2013年11月22日凌晨 3点，位于青岛市黄岛区秦 皇岛

20、路与斋堂岛路交汇处， 中石化输油储运公司潍坊分公司输油管线破裂， 当日 上午 10点 30分许，黄岛区沿海河路和斋堂岛路交汇处发生爆燃， 同时在入海口 被油污染海面上发生爆燃。事故共造成 62 人遇难， 136 人受伤，直接经济损失 7.5 亿元。而且，由于意外事故而引起的停工、停产所造成的的间接经济损失， 可能超过直接经济损失的若干倍。1.2.1.3 耗竭了宝贵的资源 据统计，全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料相当于金属年产量的10%40%，其中2/3可再生，而1/3 的金属材料被腐蚀后无法回收。 我国目前年 产钢量以 1 亿吨计，则每年因腐蚀消耗掉的钢材近一千万吨。 可见，腐蚀对自然

21、 资源是极大的浪费，同时还浪费了大量的人力和资源。1.2.1.4 腐蚀引起严重的环境污染由于腐蚀增加了工业废水、 废渣的排放量和处理难度， 增多了直接进入大气、 土壤、江河及海洋中的有害物质， 因此造成了自然环境的污染， 破坏了生态平衡， 危害了人民健康， 妨碍了国民经济的可持续发展。 而环境的污染则对材料的腐蚀 起到反作用。如 80年代，外国学者估算因酸雨带来的直接经济损失大约每人 1 2美元，在中国， 1987 年对碳钢材料及表面镀锌与涂漆由于酸雨腐蚀而造成的西 南两省（四川和贵州）直接经济损失估算为 3.71 亿元，占两省生产总值（当时 为 1648.35 亿元）的 0.23%。1.2.

22、1.5 腐蚀阻碍了新技术的应用 新技术的采用将对促进生产起到很大的推动作用， 但若不解决腐蚀问题， 其 应用会受到严重的阻碍。 例如不锈钢的发明和应用大大促进了硝酸和合成氨工业 的发展。采用降膜法生产固碱具有占地小， 生产效率高等优点。 但由于我国还没 有圆满地解决降膜管的腐蚀问题， 至今这个新工艺还不能广泛地应用于生产。 美 国的阿波罗登月飞船贮存 N2O4的高压容器曾发生应力腐蚀破裂， 经分析研究加入 0.6%NO之后才得以解决。美国著名的腐蚀学家方坦纳认为如果找不到这个解决 方法，登月计划会推迟若干年。以上事例说明， 研究金属腐蚀具有很大的实际与经济意义。 因此，腐蚀与防 护问题已日益引

23、起人们的兴趣和关注。金属腐蚀的过程自然界中大多数金属通常是以矿石形式存在，即以金属化合物的形式存在。例如铁在自然界中多为赤铁矿， 其主要成分是 Fe2O3，而铁的腐蚀产物铁锈，吉林化工学院毕业论文其主要成分也是 Fe2O3。可见，铁的腐蚀过程就是金属铁回复到它的自然存在状 态（矿石）的过程。但若要从矿石冶炼金属，则需要提供一定量的能量（如热能 或电能）才可完成这种转变。 所以金属状态的铁和矿石中的铁存在着能量上的差 异，即金属铁比它的化合物具有更高的自由能。 所以金属铁具有放出能量而回到 热力学上更稳定的自然存在形式氧化物、 硫化物、碳酸盐及其他化合物的倾 向。由铁矿石转化成金属铁所需能量与腐

24、蚀后形成同样的化合物时所放出的能量 是等同的。只不过是吸收和放出能量的速度不同而已。 显而易见， 能量上的差异 是产生腐蚀反应的推动力， 而放出能量的过程就是腐蚀过程。 伴随着腐蚀过程的 进行，将导致腐蚀体系自由能的减少，故它是一个自发过程。从能量的观点看，金属腐蚀的倾向可从矿石中冶炼金属时所消耗能量的大小 来判断。凡是冶炼时消耗能量大的金属较易产生腐蚀， 消耗能量小的金属则其腐 蚀能量就小。例如为获得镁、 铝、锌、铁等金属，在冶炼时需要消耗较多的能量， 故它们较易产生腐蚀。黄金在自然界中可以单质的形式存在（如砂金） ，因此它 不易腐蚀。金属在一定的介质环境中经过反应回复到它的化合物状态， 这

25、个腐蚀的过程 可用一个总的反应过程表示：金属材料 +腐蚀介质腐蚀产物 它至少包括三个基本过程：（1）通过对流和扩散作用使腐蚀介质向界面迁移。（2）在相界面上进行反应。（3）腐蚀产物从相界迁移到介质中去或在金属表面上形成覆盖膜。 另外，腐蚀过程还受到离解、 水解、 吸附和溶剂化作用等其他过程的影响。讨论腐蚀基本过程的目的在于阐明腐蚀机理。 要合理地应用一种腐蚀监测方 法或有效地采用一种控制腐蚀的措施， 就必须了解有关的腐蚀机理。 通常，要找 出整个腐蚀过程中决定腐蚀速度的那个反应步骤， 然后再确定主要参数 （如腐蚀 介质的浓度、温度、流速、电极电位和时间等等）间的相互关系。在一个相界上 的反应方

26、式对于确定反应机理具有决定性作用。 例如锌在硫酸中发生腐蚀时， 在 相界面上金属点阵中的锌原子因氧化变成锌离子进入溶液， 同时溶液中作为氧化 剂的氢离子却被还原。显然，这种类型的相界反应属于电化学腐蚀机理。由于腐蚀过程主要在金属与介质之间的界面上进行， 故它们具有如下两个特 点：（1）因腐蚀造成的破坏一般先从金属表面开始，然后伴随着腐蚀过程的进 一步发展， 腐蚀破坏将扩展到金属材料内部， 并使金属性质和组成发生改变。 在 这种情况下金属可全部或部分的溶解（例如锌在盐酸中可较快地溶解） ，或者所吉林化工学院毕业论文形成的腐蚀产物沉积于金属上 （例如在潮湿的大气中， 铁腐蚀后铁锈附着在铁表 面上）

27、。有时候，腐蚀过程的进行（例如不锈钢和铝合金的晶间腐蚀）还可导致 金属和合金的物化性质改变，以至于造成金属结构的崩溃。（2）金属材料的表面状态对腐蚀过程的进行有显著的影响。一般在金属表 面上具有钝化膜或防氧化覆盖层，故金属的腐蚀过程与这一保护层的化学成分、 组织结构状态以及孔径、 孔率等因素密切相关。 实验结果表明， 一旦表面保护层 受到机械损伤或者化学侵蚀以后，金属的腐蚀过程将大大加快。金属材料在腐蚀体系中的行为， 还与其化学成分、 金相结构、 力学性能等因 素有关。金属在介质中的腐蚀行为基本上由它的化学成分所决定。 另外，金属材 料的金相结构经冶炼后虽已确定， 但这种结构还可以通过热处理和

28、机械处理加以 改变。而结构反过来又将决定材料的力学性能。 就金属被腐蚀的形态来说， 对于 某一金属将出现的是一种选择性腐蚀还是缝隙腐蚀， 这完全取决于材料的金相结 构（如铬镍钢中有奥氏体、铁素体和马氏体）和沉淀相（碳化物和氧化物）的分 布情况。又由金属的受力状态（如拉应力、多变应力、冲刷应力等）也可引申出 应力腐蚀、腐蚀疲劳及磨蚀等特殊的破坏形式。同样，腐蚀介质对金属材料的腐蚀过程也有重大的影响。 关于腐蚀介质的情 况是很复杂的。 它除了可以分为液相、 气象和固相之外， 还可进一步分为单相和 多相。例如含有固体物质的液体（液固混合相） 、含有气泡的液体（液 气混合相）和雾气中含有水滴（气液混合

29、相）等三种。多相介质通常是造成 金属材料发生空泡腐蚀和磨蚀的原因。介质的化学成分、组分及浓度等对金属腐蚀过程的影响主要表现在速度和破 坏形式上。 例如碳钢在稀硫酸中发生均匀腐蚀的速度大于在水中的速度， 碳钢在 30%稀硝酸中的腐蚀速度大于 60%硝酸中的浓度； 188 型不锈钢在含有高氯离 子水中的点蚀倾向选大于一般水溶液等。一般地说，提高介质的温度可加快腐蚀过程的进行。 至于液体介质流动状态 对腐蚀的影响情况也是很复杂的。 有一些腐蚀（如小孔腐蚀） 主要出现在静止不 动的液体介质中， 而另一些腐蚀（空泡腐蚀）则主要出现于流动很快的溶液之中。金属腐蚀的分类由于金属腐蚀的现象与机理比较复杂， 因

30、此金属腐蚀的分类方法也是多种多 样的，至今尚未统一。以下只介绍常用的分类方法。按照腐蚀环境分类， 可分为化学介质腐蚀、 大气腐蚀、 海水腐蚀和土壤腐蚀 等等。这种分类方法是不够严格的，因为土壤和大气中也都含有各种化学物质。 不过这种分类方法可帮助我们大体上按照金属材料所处的周围环境去认识腐蚀吉林化工学院毕业论文的规律。根据腐蚀过程的特点， 金属的腐蚀也可以按照化学、 电化学和物理腐蚀三种 机理分类。 具体的金属材料是按照哪一种机理腐蚀， 主要取决于金属表面所接触 的介质种类（是电解质、非电解质还是液态金属？） 。金属的化学腐蚀 化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。 其

31、反 应历程的特点为在一定条件下， 非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互 作用而形成腐蚀产物， 及氧化还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间于碰撞的那 一个反应点上完成的。 这样在化学腐蚀过程中， 电子的传递是在金属与氧化剂之 间直接进行的，因而没有电流产生。 实际上，单纯化学腐蚀的例子是较少见到的。 例如铝在四氯化碳、 三氯甲烷或乙醇中； 镁和钛在甲醇中； 金属钠在氯化氢气体 中等皆属化学腐蚀。 但上述介质往往因含有少量水分而使金属的化学腐蚀转为电 化学腐蚀。 金属因高温氧化而引起的腐蚀， 在五十年代前一直作为化学腐蚀的经 典实例，但在 1952年格瓦纳（ C.Wagner）根据氧化膜的近代

32、观点提出，在高温 气体中金属的氧化最初虽然是通过化学反应，膜的成长过程则是属于电化学机 理。这是因为此时金属表面的介质已有气相改变为既能电子导电， 又能离子导电 的半导体氧化膜。金属可在阳极（金属膜界面）离解后，通过膜把电子传递给 膜表面上的氧，使其还原变为氧离子（ O2-），而氧离子和金属离子在膜中又可进 行离子导电，即氧离子向阳极（金属）迁移和金属离子向阴极（膜气相界面） 迁移，或在膜中某处再进行第二次化合。 所有这些均已划入电化学腐蚀机理的范 畴，故现在已不再把金属的高温氧化视为单纯的化学腐蚀了。金属的电化学腐蚀 金属的电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产 生的破坏

33、。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一 个阴极反应， 并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。 阳极反 应是金属离子从金属转移到介质中和放出电子的过程， 即阳极氧化过程。 相对应 的阴极反应便是介质中氧化剂组分吸收来自阳极的电子的还原过程。 例如碳钢在 酸中腐蚀时，在阳极区铁被氧化成 Fe2+离子，所放出的电子自阳极（ Fe）流自钢 中的阴极（ Fe3C）上被 H+离子吸收而还原成氢气，即： 阳极反应： Fe Fe2+2e 阴极反应： 2H+2eH2 总反应： Fe+2H+Fe2+H2由此可见， 与化学腐蚀不同， 电化学腐蚀的特点在于它的腐蚀历程可分为两 个

34、相对独立并且可同时进行的过程。 由于在被腐蚀的金属表面上一般具有隔离的吉林化工学院毕业论文阳极区和阴极区，腐蚀反应过程中电子的传递可通过金属从阳极区流向阴极区， 其结果必有电流产生。 这种因电化学腐蚀而产生的电流与反应物质的转移可通过 法拉第定律定量的联系起来。由上所述，电化学腐蚀的机理，实际上是一个短路了的伽伐尼( Galvani ) 原电池的电极反应的结果， 这种原电池又称为腐蚀原电池。 电化学腐蚀是最普遍、 最常见的腐蚀。 金属在各种电解质水溶液中， 在大气、 海水和土壤等介质中所发 生的腐蚀皆属此类。电化学作用既可单独造成金属腐蚀， 也可和机械作用、 生物作用共同导致金 属的腐蚀。 当

35、金属同时受到电化学作用和固定拉应力作用时， 将发生应力腐蚀破 裂。应力腐蚀破裂的例子很多， 例如碱液蒸发器的腐蚀， 奥氏体不锈钢在含氯物 水溶液的高温环境中非常容易发生应力腐蚀破裂。 在高温减水溶液、 常温的硫化 氢、含连多硫酸的水溶液、高温高压水、高温的硫化物纸浆制造业等介质中，奥 氏体不锈钢的应力腐蚀开裂已成为工业上的问题。金属在交变应力和电化学的共同作用下，将产生腐蚀疲劳(例如螺旋桨轴、 泵轴的腐蚀)。金属的疲劳极限因此大为降低，固可过早的破裂。金属若同时受 到电化学和机械磨损作用、 则可发生磨损腐蚀。 例如管道弯头处和热交换器管束 进口段因受液体湍流的作用而发生冲击腐蚀； 又如告诉旋转

36、的螺旋桨和泵的叶轮 由于在高速流体的作用下产生了所谓空穴。 空穴会周期性的产生和消失， 当它消 失时，因周期高压形成很大压力差。在靠近空穴的金属表面发生“水锤”作用， 破坏了金属表面的保护膜， 加快了金属的腐蚀， 故称为“空穴” 或“空化”腐蚀。金属的微生物腐蚀微生物对金属的直接破坏是很少见的，但它能为电化学腐蚀创造必要的条 件，促进金属的腐蚀。例如土壤中的硫酸盐还原菌可把 SO42 离子还原成 H2S， 从而大大加快了土壤中碳钢管道的腐蚀速度。金属的物理腐蚀物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。 许多金属在高温 熔盐、熔碱及液态金属中可发生物理腐蚀。 例如用来存放熔融锌的钢容器

37、， 由于 铁被液态锌的钢容器，由于铁被液态锌所溶解，故钢容器逐渐变薄了。金属腐蚀的外观形貌金属腐蚀后的外观特征怎样？金属被破坏的形式如何？这是我们研究腐蚀 时首先观察到的一些现象。 一般根据金属被破坏的基本特征可把腐蚀分为全面腐 蚀和局部腐蚀两大类。吉林化工学院毕业论文全面腐蚀腐蚀分布在整个金属表面上， 它可以是均匀的， 也可以是不均匀的。 碳钢在 强酸、强碱中发生的腐蚀均属于均匀腐蚀。均匀腐蚀的危险性相对而言比较小， 因为我们若知道了腐蚀速度和材料的使用寿命后，便可估算出材料的腐蚀容差， 并在设计时将此考虑在内。局部腐蚀腐蚀主要集中于金属表面某一区域， 而表面的其他部分则几乎未被破坏。 局

38、部腐蚀有很多类型，下面选择几种重要的加以介绍：应力腐蚀破裂 它在局部腐蚀中居于首位。化工设备因应力腐蚀破裂造成的损坏尤为突出。根据腐蚀介质的性质和应力状态的不同，裂纹特征会有不同，在金相显微镜下， 显微裂纹呈穿晶、 晶界或两者混合形式。 裂纹既有主干， 也有分支，形似树枝状。 裂纹横断面多为线状。 裂纹走向与所受拉应力的方向垂直。 例如碳钢、 低合金钢 在熔融的氢氧化钠中，含 H2S或 HCN 的溶液中以及在海水里均可发生应力腐蚀 破裂。又如奥氏体不锈钢在热氯化物水溶液（如 NaCl、MgCl 2、BaCl2 溶液），含 H2S的水溶液及含 HF 酸的介质中也常有应力腐蚀破裂发生。铝合金、铜合

39、金和 钛合金等在适宜的介质中也可能产生应力腐蚀破裂。小孔腐蚀这种破坏主要集中在某些活性点上， 并向金属内部深处发展。 通常其腐蚀深 度大于其孔径。 严重时可使设备穿孔。 不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常 呈现这种破坏形式。晶间腐蚀这种腐蚀首先在晶粒边界上发生， 并沿着晶界向纵深处发展。 这时，虽然从 金属外观看不出有明显的变化， 但其机械性能确已大为降低了。 通常晶间腐蚀出 现于奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和铝合金的构件。电偶腐蚀凡具有不同电极电位的金属互相接触， 并在一定的介质中所发生的电化学腐 蚀即属电偶腐蚀。 例如热交换器的不锈钢管和碳钢花板连接处， 碳钢在水中作为 阳极而被加速腐蚀。

40、选择性腐蚀 合金中的某一组分由于腐蚀优先地溶解到电解质溶液中去， 从而造成另一组 分富集于金属表面上。例如黄铜的脱锌现象即属这类腐蚀。氢脆在某些介质中， 因腐蚀或其他原因而产生的氢原子可渗入金属内部， 使金属吉林化工学院毕业论文变脆，并在应力的作用下发生脆裂。 例如含硫化氢的油、 气输送管线及炼油厂设 备常发生这种腐蚀。其他局部腐蚀类型除上述局部腐蚀类型外，缝隙腐蚀、沉积腐蚀（如垢下腐蚀） 、浓差电池腐 蚀、湍流腐蚀等也均属于局部腐蚀之列。金属腐蚀速度的表示方法 金属遭受腐蚀后，其重量、厚度、机械性能、组织结构及电极过程等都会发 生变化。这些物理和力学性能的变化率可用来表示金属腐蚀的程度。 在

41、均匀腐蚀 情况下通常采用重量指标、 深度指标和电流指标， 并以平均腐蚀率的形式来表示。金属腐蚀速度的重量指标 这种指标就是把金属因腐蚀而发生的重量变化， 换算成相当于单位金属表面 积于单位时间内的重量变化的数值。所谓重量的变化，在失重时是指腐蚀前的重量与清楚了腐蚀产物后的重量之 间的差值；在增重时是指腐蚀后带有腐蚀产物时的重量与腐蚀前的重量之间的差 值。可根据腐蚀产物容易除去或完全牢固地附着在试件表面的情况来选取失重或 增重表示法。W 0 W1St克/米 2小时 -1式中：V- 失重时的腐蚀速度，克 /米 2小时-1；W0 金属的初始重量，克；W1清除了腐蚀产物后金属的重量，克；S 金属的表面

42、积，米 2；T 腐蚀进行的时间，小时。又V W W 克/米 2小时 -1St式中：V+增重时的腐蚀速度，克 /米 2小时-1；W2带有腐蚀产物的金属的重量。金属腐蚀速度的深度指标此指标就是把金属的厚度因腐蚀而减少的量， 以线量单位表示， 并换算成为 相当于单位时间的数值。 在衡量密度不同的各种金属的腐蚀程度时， 这种指标极 为方便。可按下列公式将腐蚀的失重指标换算为腐蚀的深度指标：10吉林化工学院毕业论文VLV 24 365(100)210=V8.76 毫米/年式中： VL腐蚀的深度指标，毫米 /年；金属的密度，克 /厘米 3。腐蚀的重量指标和深度指标对于均匀的电化学腐蚀和化学腐蚀都可采用。

43、除 上述单位外，在腐蚀文献上尚有以 mdd（毫克 /分米 2天），ipy（英寸 /年）和 mpy（密耳 /年）作为重量指标和深度指标。这些单位之间可以相互换算。表1.2列出了一些常用腐蚀速度单位的换算因子。表 1.2 常用腐蚀速度单位的换算因子腐蚀速度采用单位克/ 米 2小 时-1换算因子毫克 / 分米天-1毫米/年英寸/年密耳/年克/ 米 2小时 -112408.76/ 0.345/ 345/毫克/ 分米 24.17 10-313.65 10-2/1.4410-3/1.44/ 天-1毫米/年1.14 10-127413.94 10-239.4英寸/年2.969625.41103密耳/年2.9

44、 10-30.696 2.54 10-210-31注 1）：1mil （密耳）=10-3inch（英寸）1inch（英寸）=25.4mm（毫米）。根据金属年腐蚀深度的不同， 可将金属的耐腐蚀性分为十级标准和三级标准 如表 1.3 和 1.4 所示）。表 1.3 均匀腐蚀的十级标准耐腐蚀性评定腐蚀性等级腐蚀深度，毫米/年耐腐蚀性评定腐蚀性等级腐蚀深度，毫 米/年I 完全耐蚀110.01吉林化工学院毕业论文从表 1.3和表 1.4 来看，十级标准分得太细， 且腐蚀深度也不都是与事件呈 线性关系，因此，按试验数据或用手册上查得的数据的计算结果难于精确地反映 出实际情况。 看来三级标准比较简单， 但它

45、在一些要求严格的场合又往往过于粗 略，如一些精密部件不容许微笑的尺寸变化， 腐蚀率即使小于 1.0 毫米/年的材料 也不见得“可用”。对于高压和处理剧毒、易燃、易爆的物质设备，对均匀腐蚀 深度的要求比普通设备要严格得多，所以在选材时应从严选用。表 1.4 均匀腐蚀的三级标准耐蚀性评定耐蚀性等级腐蚀深度，毫米 /年耐蚀11.0金属腐蚀的电流指标此指标是以金属电化学腐蚀过程的阳极电流密度 （安培/厘米 2）的大小来衡 量金属的电化学腐蚀速度的程度。 可以由法拉第定律把电流指标和重量指标关联 起来。早在 18331834年法拉第就提出， 通过电化学体系的电量和参加电化学反应 的物质的数量之间存在如下

46、两条定律的规律：（1）在电极上析出或溶解的物质的量与通过电化学体系的电量成正比，亦 即W=Q=It式中 W析出或溶解的物质的量，克； 比例常数（电化当量） ，克 /库仑；Q t 时间内流过的电量 ，库仑；I 电流强度，安；T 通电时间，秒。从式中可看出， 某物质的电化当量在数值上等于通过 1 库仑电量时在电极上析出 或溶解该物质的量。（2）在通过相同的电量条件下，在电极上析出或溶解的不同物质的量与其 化学当量成正比，则：1AeFn式中 F法拉第常数（ 1F=9649496500库仑=26.8 安培小时）； A原子量； n化合价。12吉林化工学院毕业论文由上式可以看出， 析出或溶解 1克当量（化

47、学当量） 的任何物质所需的电量都是 1F，而与物质的本性无关。若将法拉第的两条定律联合起来考虑，可得：A W= ItFn 至此已把电流与物质的变化量关联起来。 所以腐蚀的电流指标和重量指标之间存 在如下关系：V A ia 104 A ia 104克 /米 2 小时 -1n F n 26.8或 ia V n 26.8 104安培 /厘米2aA式中 ia腐蚀的电流指标，即阳极电流密度，安培 /厘米 2。 例如腐蚀过程的阳极反应为：FeFe2+2e已知 A=55.84 克， n=2，设 S=10 厘米 2，阳极过程的电流强度 Ia=10-3安培，则ISa 10 4安培 /厘米所以 V455.34 1

48、0 42 26.81041.04克 / 米 2 小时 -1又已知铁的密度 =7.08 克/厘米 3，可得：1.04 8.76VL1.17毫米 / 年L 7.80关于金属局部腐蚀时的腐蚀速度或其耐腐蚀性的表示方法比较复杂，故本次试验采用全面腐蚀的方法。金属在酸碱介质下的腐蚀 当今社会，工业是衡量一个国家实力的重要指标， 而工业设备中大多数材料 来自于金属。 同时，许多化学反应必须在酸性或碱性介质下才能发生， 而酸性和 碱性介质均对金属材料有一定的腐蚀作用。碱性在水溶液中生成 OH-离子的化合物统称为碱。 根据它们离解出 OH-的能力有 强碱和弱碱之分。 碱溶液一般比酸对金属的腐蚀性小， 因为在碱

49、溶中金属表面生 成难溶的氢氧化物或氧化物而起保护作用； 在碱溶液中的电极电位比酸溶液中的 电极电位负，与金属间的电位差小，腐蚀动力小。例： 碱溶液比酸对金属的腐蚀要小得多， 如在酸中无耐腐蚀性的铁和钢在碱溶液13吉林化工学院毕业论文中却十分稳定，如图，为铁的腐蚀速度随 pH 值变化的曲线。在 pH=49 时，腐 蚀速度与 pH 无关，这是因为腐蚀过程受氧的扩散过程所控制，而氧的溶解度和 扩散速度基本上与 pH 无关，当 pH=914 时，因致钝电流随 pH 增大而减小故， 于是铁处于钝态，表面形成 Fe(OH)3 膜，腐蚀速度随之下降，氧还原扩散电流大 于致钝电流。 当 pH14，氢氧化铁膜转

50、变为 Na2FeO2 腐蚀速度增加。 所以硅钢在 87以下，浓度为 50%的 NaOH 是耐腐蚀的，但碱液中含有氧化物时，钢就不 易钝化，易形成局部腐蚀。 镍和镍基合金、 奥氏体不锈钢耐腐蚀性是好的， 此外， 铝、锌、锡、铅也具有显著的耐腐蚀性。在水溶液中生成氢氧离子OH化合物统称为碱。根据它们在水溶液中离解出 OH的离解度大小而分为强碱和弱碱。碱溶液一般比酸对金属的腐蚀性要小，其原因主要有两方面：一是在碱溶液中， 金属表面容易钝化或生成难溶性的氢氧化物或氧化物； 二是在碱溶液中， 氧电极 电位与氢电极电位比在酸介质中的电位更负， 因此腐蚀电池的 “推动力” 比酸介 质中小(引阴极与阳极之间电

51、位差小) 。在常温下，碱溶液中常用的材料是碳钢和铸铁。图 1.1 示出铁的腐蚀速度与 溶液 pH 值的关系。从图中可见，当 pH 值在 49 之间时，腐蚀速度几乎不变， pH 值在 914 时，铁的腐蚀速度大大降低。当碱的浓度继续增高，腐蚀速度再 次增加。主要是由氢氧化铁膜转变为可溶性的铁酸钠 (Na2FeO2)所致。在室温下，这种腐蚀速度并不大，但在较高的温度和浓度下，腐蚀加剧。图 1.1 铁的腐蚀速度与溶液 pH 值的关系 在热碱溶液中，如果存在较大应力， 还会发生一种危险的应力腐蚀破裂现象， 称为碱脆。碳钢、低合金钢、不锈钢可能发生碱脆。图 1.2及图 1.3 分别示出碳 钢及奥氏体不锈

52、钢的脆性和碱液的浓度及温度的关系。14吉林化工学院毕业论文图 1.2 钢在碱液中的应力腐蚀区 图 1.3 不锈钢的碱脆与碱浓度与温度的关系 碱腐蚀性还和碱金属的种类有关， 通常认为碱金属的原子量越大， 腐蚀性越 强。即腐蚀性按 LiOH 、NaOH、KOH、RbOH、CsOH 的顺序渐次增强。碱溶液中共存离子的种类对碱腐蚀有很大影响。 如溶有氯酸盐时， 会阻碍金 属钝化，而 NaNO。可促使金属钝化。镍及其镍合金对于高温、 高浓度的碱耐蚀性很好， 通常用于最苛刻的碱介质 条件。由于镍在碱中具有极低的腐蚀率及抗应力腐蚀的特性， 使镍成为处理强碱 用途广泛的材料。但在高浓度 （NaOH75%98%

53、）、高温（ 300）的苛性钠或苛 性钾介质中，最好使用低碳镍，否则会发生晶间腐蚀和应力腐蚀。奥氏体不锈钢在碱液中耐蚀性很好， 随镍含量的增加， 耐蚀性提高， 但钼可 使耐蚀性下降。锌、锡、铝、铅等两性金属在碱中腐蚀性显著。钛、银、锆、钽等特殊金属 在碱液中耐蚀性并不好，尤其是钽的腐蚀性很差，尤其在热浓的碱中。铸铁在较宽范围的浓度与温度的 NaOH 中是耐蚀的。 近年来发展的高纯高铬铁素体不锈钢具有优良的耐蚀性能， 有取代传统镍材 的趋向。酸性酸是一类能在水溶中电离 ,形成 H3O+ 离子化合物的总称 .一般用 H+代表 H3O+。氧化性酸与非氧化性对金属的腐蚀情况大不相同， 在腐蚀过程中， 非

54、氧化性 酸的特点是腐蚀的阴极过程基本上是氢去极化过程， 增加溶液酸度相应地会增加 阴极反应， 并使金属腐蚀速度增加。 氢化性酸的特点是阴极过程主要是氧化剂的 还原过程引起金属腐蚀（如硝酸根还原成亚硝酸根） 。因此酸溶液的腐蚀性一方 面与酸的强弱，即氢离子的浓度有关，同时也与酸的阴离子的氧化能力有关。15吉林化工学院毕业论文例：(以硫酸为例) 纯净的硫酸是无色、无味；粘滞状的液体。市售硫酸通常浓度为98。高浓度的硫酸是一种强氧化剂， 它能使不少具有钝化能力的金属进入钝态， 因而这 些金属在浓硫酸中腐蚀速度很低。 低浓度的硫酸则没有氧化能力， 仅有强酸性的 作用，其腐蚀性很大。硫酸的腐蚀性取决于许

55、多因素，最主要的是温度与浓度， 然而其它的一些因素如氧化还原剂的存在、 流速、悬浮固体物等； 也能影响硫酸 对各种材料的耐蚀性。铁在硫酸中的腐蚀速度与浓度的关系见图 1.8。在稀硫酸中，腐蚀速度随硫 酸浓度的增大而增加，当 H2SO4 达到 50%时，由于钝化作用，腐蚀速度迅速下 降，最后达到最低值。但酸浓度超过 100以后，随过剩 SO3 含量的增加，腐蚀 速度又开始增大，在一定浓度时出现第二个最大值， SO3 含量继续增加，腐蚀速 度又下降。图 1.4 铁在硫酸中的腐蚀速度与浓度的关系 作为耐硫酸用的材料， 广泛被采用的金属是铅和铅合金以及碳钢。 它们的耐 蚀性范围刚好可以相互补充。 分别

56、使用这两种材料就可以适应硫酸的广泛的浓度 和温度范围。图 1.4 表示了铁的腐蚀速度与硫酸浓度的关系。 由图可见，低于 70 浓度的硫酸对碳钢的腐蚀极严重，而碳钢在室温下对高于70浓度的硫酸却有足够好的耐蚀性， 因此钢铁材料可用于制造浓度为 70 100的浓硫酸的储罐 与运输管线。而浓度小于 70的硫酸可以用铅制的设备储运。碳钢通常也可以 用于浓度超过 101的中温发烟硫酸，但应注意两个问题：一是硫酸是一种强吸 水剂，暴露于空气中会因吸水而自动稀释， 从而进入高腐蚀区； 其二是钢铁材料 在硫酸中所生成的粘附性良好的硫酸盐保护膜 (FeSO4)易受溶液流动冲刷等机械 作用而破坏。钢和铅之所以耐硫

57、酸腐蚀， 都是因为表面上生成粘结性好的 FeSO4或 PbSO4 保护膜，这些硫酸盐膜在强氧化性环境中被氧化，通常变为钝态的氧化膜。16吉林化工学院毕业论文表 1.5 硫酸输送管的寿命与硫酸浓度（用质量分数表示）的关系硫酸的质量分数流速 /m s-1寿命 /a0.930.1100.980.3150.931.150.931.7580.932.0380.982.01.50.993.61图 1.5 铁的腐蚀速度与硫酸浓度的关系流速对腐蚀速度有很大影响， 表 1.5 示出了输送硫酸时流速对钢管寿命的影 响。浓硫酸中充气对钢的腐蚀没有影响， 因为浓酸本身就具有氧化性。 浓酸中带 进空气泡时，空气泡沿着管

58、子顶部流动则会产生冲刷破坏作用。铅在低浓度硫酸中，腐蚀速度小于 0.1mma，但随温度和浓度增加，腐蚀 速度上升。 在浓酸中腐蚀很快， 这是因为硫酸铅表面膜溶于浓酸。 过去一个时期 曾认为在硫酸浓度小于 85的范围内铅有很好的耐蚀性，故曾得到广泛应用， 然而目前由于铅太软，有毒以及焊接困难等原因，已很少使用。另一个常用于硫酸中的材料是高硅铸铁，含有约 145Si 的铸铁对于各 种浓度的硫酸在沸点以下的各个温度范围内都有极好的耐蚀性。 图 1.6 为高硅铸 铁的等腐蚀图， 腐蚀速度通常小于 0.13mm a。但高硅铸铁不宜用于发烟硫酸中 （亦即浓度 100以上的酸 ）。高硅铸铁在硫酸中于表面生成

59、了一层耐磨性很好的 钝化膜，甚至在磨蚀十分严重的酸性泥浆中也能使用，可用于制造泵；阀、换热17吉林化工学院毕业论文器、硫酸浓缩器加热管、槽出口等等。其缺点为硬而脆，不耐剧烈的温度变化。Durimet20 合金是为了在硫酸中使用而发展起来的一种铸态合金，它可用于 硫酸的全部浓度范围，在发烟硫酸中的耐蚀性也非常好。其成分为： 10%（70%,HF70%碱溶液大多数碱性溶液如果在受应力状态下， 在热的碱溶液中引起脆化盐溶液KMNO 4 1g/L,H 2O23g/L,K 2CrO4KMNO 4 1g/L ,H2O23g/L 氧化性盐类加 FeCl3，CuCl2，NaNO3,水解性盐类如 AlCl 3，

60、Al2（SO4）3，ZnCl 2， MnC l2空气（ 450），Cl2（200），SO2（ 300）气体NH3（ 500）H2O（气（500），H2S（300）空气（ 450） Cl2（200）NH3（ 500） H2O（气（500）， H2S（ 300），F2表 3.5 铜在各种环境中的耐腐蚀性介质耐蚀非氧化除酸气， HCl 不耐蚀10%（75 ） ，HF酸溶液10%（ 100） ，H2SO410%（100）,H3PO4（室温），乙酸（室温）碱溶液稀的 NaOH，KOH，NA 2CO3，K 2CO3HNO3，热浓 H2SO4，无空气的酸， HCl 10%强碱性的溶液 NaOH，KOH，NH